Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Parasiten im Genom - Ein molekularer Parasit könnte eine wichtige Rolle bei der Evolution des Menschen spielen

19.01.2009
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben die Struktur eines Proteins (L1ORF1p) aufgeklärt, das von einem parasitären genetischen Element codiert wird und für dessen Mobilität essentiell ist.

Dies ermöglicht neue Erkenntnisse über Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Retrotransposons und Retroviren und wahrscheinlich auch über Evolutionsprozesse bei Menschen und Tieren.

Außerdem könnten über den Mechanismus des LINE-1-Retrotransposons in Zukunft gezielt genetische Information in das Erbgut eingeschleust werden. Dies wäre eine Alternative zu den weniger zielgerichteten Methoden, die auf einem retroviralen Mechanismus basieren (PNAS, 20. Januar 2009).

Das so genannte LINE-1-Retrotransposon ist ein mobiles genetisches Element, das sich vermehren und an verschiedenen Stellen in die chromosomale DNA einbauen kann. Dadurch wird der genetische Code an der Integrationsstelle gestört. Dies kann schwerwiegende Konsequenzen für den Organismus haben, führt aber andererseits auch zu genetischer Variation, einer zwingenden Vorraussetzung für die Evolution der Arten. Die Strukturaufklärung des L1ORF1p-Proteins erlaubt es nun, den Mechanismus der LINE-1-Mobilisierung wesentlich genauer zu untersuchen.

Das LINE-1-Retrotransposon ist ein mobiles Gen, das sich in der Evolutionsgeschichte des menschlichen Genoms massiv vermehrt hat. Gegenwärtig besteht ungefähr 17 Prozent unserer DNA aus LINE-1-Sequenzen. Dies ist ein riesiger Anteil, wenn man berücksichtigt, dass unsere etwa 30.000 Proteine von weniger als fünf Prozent der DNA kodiert werden. Das LINE-1-Retrotransposon kann sich nicht nur selbst vermehren und in die chromosomale DNA integrieren, es ist auch für die Integration von ungefähr einer Million Alu-Sequenzen (ein weiteres parasitäres Gen) verantwortlich. Alu-Sequenzen, die nur bei den höheren Primaten auftreten, machen weitere zehn Prozent unseres Genoms aus. Die Eingliederung von LINE-1 und Alu-Elementen ist ein fortdauernder Prozess und es wird geschätzt, dass mehr als jedes zwanzigste Neugeborene mindestens eine neue Integration eines solchen Elementes aufweist.

Als Konsequenz gibt es kaum ein menschliches Gen, welches nicht schon einmal durch die Integration eines LINE-1 oder Alu-Elementes betroffen wurde. "Es ist kaum vorstellbar, dass die massive Integration von LINE-1 und Alu-Sequenzen ohne Auswirkungen auf die Evolution des Menschen blieb. Daher ist es erstaunlich, wie wenig bisher über den Mechanismus der Retrotransposition und über die dabei involvierten Proteine und Nukleinsären bekannt ist", sagte Oliver Weichenrieder vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Die Forscher versuchen nun, die beteiligten Moleküle biochemisch zu charakterisieren und ihre molekularen Strukturen aufzuklären. Auf diese Art schaffen sie die Grundlagen für eine detaillierte Funktionsanalyse und können Ähnlichkeiten zu bereits bekannten Proteinen aufzeigen, insbesondere Ähnlichkeiten, die aufgrund eines simplen Vergleiches der entsprechenden Aminosäuresequenzen nicht offensichtlich sind.

In der nun veröffentlichten Arbeit charakterisieren Elena Khazina und Oliver Weichenrieder eines von zwei Proteinen, die vom LINE-1-Retrotransposon kodiert werden. Dieses sogenannte L1ORF1p-Protein bindet an LINE-1-RNA, die von einem LINE-1-Element in der DNA abgeschrieben wurde. L1ORF1p unterstützt dann wohl das anschließende Rückkopieren der LINE-1-RNA in DNA. Dieser Prozess findet direkt an der Stelle statt, wo sich das neue LINE-1 Element ins Genom integriert. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass das L1ORF1p Protein aus drei Teilen besteht. Der erste Teil führt dazu, dass sich immer drei L1ORF1p Proteine zu einem Trimer zusammenlagern. Die anderen beiden Teile sind für die Bindung an die LINE-1-RNA notwendig. "Besonders überraschend war die Identifizierung einer sogenannten RRM-Domäne im mittleren Teil des Proteins, da bisher angenommen wurde, dass dieser Teil des Proteins eher unstrukturiert ist", sagte Elena Khazina. "Unsere Kristallstruktur weist die Existenz dieser Domäne eindeutig nach. Außerdem haben wir RRM-Domänen inzwischen auch in anderen Retrotransposons in verschiedenen Tier- und Pflanzenarten gefunden", so die Strukturbiologin. RRM-Domänen (RNA Recognition Motif; RNA-Erkennungs-Motiv) kommen in der Zelle häufig vor, hauptsächlich in RNA-bindenden Proteinen. Die Existenz einer RRM-Domäne in L1ORF1p erklärt nun warum das L1ORF1p-Protein an die LINE-1-RNA bindet und wie das im Detail passieren könnte.

Das Wissen um die Struktur des L1ORF1p-Proteins bietet einen neuen Blickwinkel und eine gute Grundlage, um in Zukunft diejenigen zellulären Prozesse zu untersuchen, die das LINE-1-Element für seine eigene Vermehrung ausnützt und rekrutiert, beziehungsweise auch diejenigen Mechanismen, welche die Zelle zur Verfügung hat um die übermäßige Vermehrung von Retrotransposons zu unterbinden.

Originalpublikation
Elena Khazina, Oliver Weichenrieder: Non-LTR retrotransposons encode noncanonical RRM domains in their first open-reading frame. PNAS, 20. Januar 2009, vol. 106 (3), 731-736, doi: 10.1073/pnas0809964106.
Ansprechpartner
Dr. Oliver Weichenrieder
Tel: +49 (0)7071-601-1358
E-Mail: Oliver.Weichenrieder@tuebingen.mpg.de
Dr. Susanne Diederich (Presse- und Öffentlichkeitsabteilung)
Tel: +49 (0)7071-601-333
E-mail: presse@tuebingen.mpg.de
Die Verwendung der Bilder ist im Rahmen der redaktionellen und wissenschaftlichen Berichterstattung über den Inhalt der Presseinformation honorar- und genehmigungsfrei. Jede weitere Nutzung, insbesondere zu werblichen und politischen Zwecken, bedarf der vorherigen Genehmigung. Weitere Informationen hierzu erhalten Sie im Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit unter presse@tuebingen.mpg.de.

Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik sowie Zell- und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 79 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Dr. Susanne Diederich | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://tuebingen.mpg.de
http://www.eb.tuebingen.mpg.de/departments/2-biochemistry/crystallography/retrotransposition-and-regulatory-rnas

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics